Uma experiência que ajuda a melhorcompreender a Lei de Faraday é a seguinte:colocamos uma espira (configuração circular de umfio condutor) conectada a um galvanômetro, que éo instrumento capaz de medir uma correnteelétrica. A seguir, deslocamos um imã na direção daespira. No momento em que o imã se aproxima, aagulha do galvanômetro apresenta uma deflexão,indicando a existência de uma corrente na espira.Já se movermos o imã na direção contrária, aagulha do galvanômetro sofrerá uma deflexão nosentido contrário, indicando uma corrente daespira no sentido oposto. Uma vez que o ímã ficanovamente parado a corrente para de fluir e aagulha do medidor não deflete.Nesta experiência, essa corrente queaparece na espira é chamada de corrente induzida,e o que induziu a corrente foi a variação do campomagnético na região interior da espira. Em suma, avariação do campo magnético faz aparecer umaforça eletromotriz (fem) induzida no fio. Aintensidade da fem será proporcional à taxa devariação do FLUXO MAGNÉTICO. O número totalde linhas do campo magnético que passam pelaespira não é importante neste contexto, ofundamental é a taxa na qual esse número varia,determinante para a fem induzida. Faraday aplicoua teoria de indução para construir o primeirodínamo. O desenvolvimento de pesquisas sobre ogeodínamo é também baseado na teoria daindução eletromagnética.O FLUXO MAGNÉTICO está relacionado aonúmero de linhas do campo magnético quepassam por uma área. O fluxo magnético (φ m ) édefinido como o produto do campo magnético(B) pela área limitada pela espira (A):φ m = B.AA unidade do fluxo magnético é Tesla vezesmetro quadrado (Weber- Wb).1Wb = 1 T. m 2Mas nessa mesma experiência, o queaconteceria se ao invés de movermos o imã,movêssemos a espira? Ou talvez, se a área daespira mudasse? Neste caso, haveria do mesmojeito uma variação no fluxo magnético. O que seobserva é que não faz diferença se movemos aespira em direção ao imã ou o imã em direção aespira. O que realmente é importante é omovimento relativo entre ambos e a variação dofluxo magnético.Em 1834, um cientista alemão, HeinrichFriedrich Lenz, descobriu uma regra nadeterminação do sentido de uma corrente induzidanuma espira condutora fechada. A chamada Lei deLenz indica que o sentido desta corrente induzida étal que o campo magnético criado por ela tende arestaurar o campo magnético anterior no interiorda espira (Figura 2B e 2C). Note que o campomagnético induzido não se opõe intrinsecamenteao campo magnético do imã, na realidade ele seopõe à variação desse campo. O campo secundáriocriado pela indução pode tanto se opor (Figura 2B)ou reforçar (Figura 2C) o campo magnético original.A B CFigura 2. Neste esquema, v é a velocidade, B é o campomagnético e I a corrente elétrica. Em A o imã geranaturalmente um campo magnético, mas está estático. Em Bo imã é movimentado na direção do fio condutor, gerandouma corrente elétrica e um campo magnético secundário quese opõe a direção do movimento. Já em C o imã émovimentado na direção oposta, gerando uma correnteelétrica na direção contrária ao caso anterior econsequentemente um campo magnético na direção opostado movimento (e reforçando o campo magnético original).Mas como ocorre a indução eletromagnética nonúcleo terrestre? No núcleo externo existe umfluido eletricamente condutor que está emconstante movimento, interagindo com o campomagnético da Terra. Esta interação gera correnteselétricas, da mesma forma que quando movemosum imã próximo a um fio condutor, são induzidas2
correntes elétricas no fio. Essa corrente elétricagera um campo magnético secundário que reforçaou diminui o campo magnético original (como nocaso da Figura 2B e 2C). Resumindo, a idéia básicado dínamo é que o campo magnético inicial éalterado por interações com o movimento do fluidocondutor, de tal forma que o campo magnéticooriginal é modificado.Na ausência de movimento do fluido, ocampo magnético da Terra simplesmente decairiacom o tempo- não haveria indução. O fluxo dofluido interage com o campo magnético, seguindo aLei de Lenz. Qualquer movimentação do fluidocondutor em relação ao campo magnético préexistenteinduzirá correntes elétricas no condutorpodendo em alguns casos regenerarconstantemente o campo magnético na região.núcleo é comparável a viscosidade da água e dosangue. Essa baixa viscosidade permite umaintensa convecção turbulenta.As linhas do campo magnético e o fluidointeragem de duas formas: a difusão ocorre quandolinhas do campo magnético de regiões de altadensidade do campo magnético se difundem pararegiões de baixa densidade, tendendo ahomogeneizar a distribuição das linhas de campo(Figura 3A). Este processo de difusão correspondeao processo de decaimento do campo com otempo. Outro processo de interação é o deindução. Considerando um fluido que é umcondutor perfeito, não há decaimento e o campomagnético fica congelado no fluido. Neste caso, omovimento do fluido “arrastaria” as linhas docampo, como mostrado na Figura 3B. Essaaproximação é chamada “fluxo congelado” e émuito importante para a descrição de processosque ocorrem no núcleo externo para manter ocampo magnético.ABFigura 3.Representação do geodínamo no núcleo externo daTerra: as setas em azul mostram o movimento do fluido e aslinhas brancas correspondem as linhas do campo magnético.A geração e continuidade (ou autosustentabilidade)do campo magnético da Terrapela ação do geodínamo dependem de algunsimportantes ingredientes:1. Fluido condutor elétrico em movimentoO líquido existente no núcleo externo é ricoem ferro, possuindo alta condutividade elétrica. Avelocidade média estimada deste fluido varia de2x10 -4 m/s até 8x10 -4 m/s (que equivale aaproximadamente 10 km/ano). A viscosidade doFigura 4. As linhas do campo magnético (linhas em vermelho)e o fluido no núcleo (região cinza) podem interagir de duasformas: difusão (A) e o fluxo do fluido “arrastando” as linhasde campo magnético (B).O teorema do fluxo congelado (“frozen flux”em inglês) foi primeiramente proposto por HannesAlfvén, um pesquisador sueco. Ele postulou quelinhas do campo magnético movem-se em umcondutor perfeito como se nele estivessemcongeladas.Um exemplo de aplicação da teoria do fluxocongelado é mostrado na Figura 5, onde há umaregião mais quente que está em ascensão,causando um deslocamento das linhas do campo3